低成本硫掺杂多孔碳材料的制备及其超级电容性能

以廉价的胶态二氧化硅为模板，蔗糖为碳源，硫酸为预碳化试剂和硫源，通过硬模板法制备了相对廉价的硫掺杂多孔碳(SSC-T，T℃代表碳化温度)材料。采用多种表征方法对多孔碳材料的微观形貌、孔道结构、比表面积和表面硫物种进行了表征，探究了硫酸和碳化温度对多孔碳材料的微观形貌、孔道结构和比表面积的影响。结果表明，碳化温度对碳的孔结构、比表面积和硫元素的含量有显著的影响，其中900℃碳化得到的样品SSC-900具有最大的比表面积、孔体积和比电容，远高于未加入硫酸制备的碳材料SC-900，表明硫酸的加入可以提高碳材料的比表面积、孔体积，进而提高碳材料的比电容。与昂贵的有序介孔碳CMK-3相比，SSC-900具有成本更低、孔径更大和电容性能更好的优点。在以6.0 mol·L^-1 KOH为电解质的三电极体系中，在0.5 A·g^-1的电流密度下，SSC-900的比电容可以达到357 F·g^-1，而SC-900和CMK-3的比电容分别仅为152和266 F·g^-1。电容贡献分析表明，SSC-900的双层电容值和赝电容值均高于SC-900。此外，SSC-900在0.5 A·g^-1的电流密度下循环10 000次后仍能保持98.4%的初始比电容。     

低成本硫掺杂多孔碳材料的制备及其超级电容性能

以廉价的胶态二氧化硅为模板,蔗糖为碳源,硫酸为预碳化试剂和硫源,通过硬模板法制备了相对廉价的硫掺杂多孔碳(SSC-T,T℃代表碳化温度)材料。采用多种表征方法对多孔碳材料的微观形貌、孔道结构、比表面积和表面硫物种进行了表征,探究了硫酸和碳化温度对多孔碳材料的微观形貌、孔道结构和比表面积的影响。结果表明,碳化温度对碳的孔结构、比表面积和硫元素的含量有显著的影响,其中900℃碳化得到的样品SSC-900具有最大的比表面积、孔体积和比电容,远高于未加入硫酸制备的碳材料SC-900,表明硫酸的加入可以提高碳材料的比表面积、孔体积,进而提高碳材料的比电容。与昂贵的有序介孔碳CMK-3相比,SSC-900具有成本更低、孔径更大和电容性能更好的优点。在以6.0 mol·L^-1 KOH为电解质的三电极体系中,在0.5 A·g^-1的电流密度下,SSC-900的比电容可以达到357 F·g^-1,而SC-900和CMK-3的比电容分别仅为152和266 F·g^-1。电容贡献分析表明,SSC-900的双层电容值和赝电容值均高于SC-900。此外,SSC-900在0.5 A·g^-1的电流密度下循环10 000次后仍能保持98.4%的初始比电容。     

超高比表面积氮掺杂多孔碳材料的制备及其超级电容性能

以蔗糖为碳源,尿素为氮源,草酸钾为活化剂,通过简单的研磨和高温碳化制备了具有超高比表面积(大于3 000 m²·g^-1)的氮掺杂多孔碳材料。采用多种手段对多孔碳材料的微观形貌、比表面积、孔结构和表面氮物种进行了表征,探究了不同温度下草酸钾和尿素对碳材料的比表面积、氮含量和超级电容性能的影响。结果表明,仅使用草酸钾作为活化剂制备的碳材料KC-800 的比表面积为 1 114 m2·g^-1,而同时使用草酸钾和尿素制备的样品 KNC-800 的比表面积高达 3 033 m²·g^-1。在以 6.0mol·L^-1 KOH 为电解液的三电极体系中,当电流密度为 0.5 A·g^-1时,KNC-800 的比电容为 405 F·g^-1,而 KC-800 的比电容仅为248 F·g^-1。这表明草酸钾和尿素的加入显著提高了多孔碳材料的比表面积和超级电容性能。电容贡献分析表明,KNC-800的双电层电容值和赝电容值均高于KC-800。KNC-800在电流密度为0.5 A·g^-1时经过10 000次循环后仍能保持98.3%的初始比电容,表现出优异的循环性能。     

超高比表面积氮掺杂多孔碳材料的制备及其超级电容性能

以蔗糖为碳源、尿素为氮源、草酸钾为活化剂,通过简单的研磨和高温碳化制备了具有超高比表面积(大于3 000 m²·g^-1)的氮掺杂多孔碳材料。采用多种手段对多孔碳材料的微观形貌、比表面积、孔结构和表面氮物种进行了表征,探究了不同温度下草酸钾和尿素对碳材料的比表面积、氮含量和超级电容性能的影响。结果表明,仅使用草酸钾作为活化剂制备的碳材料KC-800的比表面积为1 114 m²·g^-1,而同时使用草酸钾和尿素制备的样品KNC-800的比表面积高达3 033 m²·g^-1。在以6.0mol·L^-1 KOH为电解液的三电极体系中,当电流密度为0.5 A·g^-1时,KNC-800的比电容为405 F·g^-1,而KC-800的比电容仅为248 F·g^-1。这表明草酸钾和尿素的加入显著提高了多孔碳材料的比表面积和超级电容性能。电容贡献分析表明,KNC-800的双电层电容值和赝电容值均...     

基于聚多巴胺的氮掺杂碳材料的制备及其电化学性能

多孔碳材料由于高的比表面积、优异的电子传导率、良好的化学稳定性等优点在超级电容器电极材料领域被广泛研究。 碳材料的组成及表面孔结构直接影响其电化学性能,为进一步提高碳材料的电容性能,本文首次以聚多巴胺球为前体,KOH为活化剂,通过高温碳化成功制备了良好电化学性能的氮掺杂多孔碳材料。 通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、 X射线粉末衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱(XPS)和Raman光谱等对所制备的氮掺杂多孔碳材料进行了形貌及结构组成的表征。 在6 mol/L KOH电解液中, 采用循环伏安、恒电流充放电对多孔碳材料的电化学性能进行了研究。 结果表明,由于双电层电容和赝电容的协同作用,在电流密度为1 A/g时,材料的比电容可达269 F/g,充放电循环1000圈后电容仍可保留初始值的93.5%。     

硼、氮共掺杂多孔碳的制备及其超电容性能

分别以含氮菲咯啉、四硼酸钾和醋酸锌为碳源、活化剂和模板,制备了B、N共掺杂多孔碳(BN-PC),并探究模板质量对BN-PC结构和储电性能的影响。当醋酸锌质量为5g时,所得BN-PC₅中B、N杂原子含量分别为 20.21%、18.29%。电化学测试结果表明,以6 mol·L^-1 KOH为电解液,BN-PC₅电极展现出高的比电容(在0.05 A·g^-1电流密度下为255 F·g^-1)、优异的倍率性能(在20A·g^-1电流密度下为188F·g^-1)和卓越的循环稳定性(在5 A·g^-1的电流密度下循环10 000次比电容保持率为97%)。以3 mol·L^-1 ZnSO₄为电解液,在平均功率密度为56W·kg^-1时,BN-PC₅电容器的能量密度可达27Wh·kg^-1。     

硼、氮共掺杂多孔碳的制备及其超电容性能

分别以含氮菲咯啉、四硼酸钾和醋酸锌为碳源、活化剂和模板,制备了B、N共掺杂多孔碳(BN-PC),并探究模板质量对BN-PC结构和储电性能的影响。当醋酸锌质量为5 g时,所得BN-PC₅中B、N杂原子含量分别为20.21%、18.29%。电化学测试结果表明,以6 mol·L^-1KOH为电解液,BN-PC₅电极展现出高的比电容(在0.05 A·g^-1电流密度下为255 F·g^-1)、优异的倍率性能(在20 A·g^-1电流密度下为188 F·g^-1)和卓越的循环稳定性(在5 A·g^-1的电流密度下循环10 000次比电容保持率为97%)。以3mol·L^-1ZnSO₄为电解液,在平均功率密度为56 W·kg^-1时,BN-PC₅电容器的能量密度可达27 Wh·kg^-1。     

氮掺杂石墨烯的制备及其超级电容性能

以氧化石墨烯(GO)为原料, 尿素为还原剂和氮掺杂剂, 采用水热法合成了氮掺杂石墨烯. 利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、傅里叶变换红外(FTIR)光谱、X 射线衍射(XRD)、X 射线光电子能谱(XPS)、氮气吸脱附分析、电导率和电化学测试对样品的形貌、结构、组成以及电化学性质进行表征. 结果表明:水热条件下尿素能有效地化学还原GO并对其进行氮掺杂; 通过调节原料与掺杂剂的质量比, 可以得到不同氮掺杂含量的石墨烯, 氮元素含量范围为5.47%-7.56% (原子分数); 在6 mol·L^-1的KOH电解液中, 氮元素含量为7.50%的掺杂石墨烯的超级电容性能最优, 即在3 A·g^-1电流密度下首次恒流充放电比电容可达184.5 F·g^-1, 经1200次循环后的比电容为161.7 F·g^-1, 电容保持率为87.6%.     

水热处理对二氧化锰电容性能的影响

采用化学共沉淀法制备了二氧化锰。XRD测试表明，产物为α-MnO₂和γ-MnO₂无定形粉末，经水热处理后的二氧化锰晶化程度增加，为α-MnO₂和γ-MnO₂混晶相结构。电化学测试表明，二氧化锰单电极比容量达252.72 F·g^-1。经水热处理后单电极比容量达到299.15 F·g^-1，比处理前的提高18.37%。经400次循环后，水热处理后的样品比容量衰减极小。     

氮掺杂高比表面多孔碳的一步化学活化法制备及其超电容性能

以聚氨酯发泡剂为碳源和氮源,以氢氧化钾为活化剂,采用一步化学活化法制备了具有高比表面积的氮掺杂活性炭。采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、N_2吸附-脱附、X射线粉末衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、光电子能谱(XPS)对碳材料的微观形貌、组成、比表面积和孔道结构进行了表征。结果表明,在700℃活化的碳材料FC700具有最高的比表面积(2 740 m~2·g~(-1))和最大的孔容(1.27 cm~3·g~(-1)),这归因于KOH与泡沫的充分相互作用。在以6.0 mol·L~(-1)KOH为电解液的三电极体系中,当电流密度为0.5 A·g~(-1)时,其比电容达到了452 F·g~(-1)。在组装的对称超级电容器中,其比电容达到了344 F·g~(-1),功率密度为247 W·kg~(-1)时对应的能量密度为11.9 Wh·kg~(-1)。在10 000次循环后电容保持率为98.03%,表现出优异的稳定性。FC700的优异电化学性能可能归因于高的比表面积,大的孔体积和氮原子的掺杂。     

萘基相互连接的多孔碳纳米囊的制备及超电容性能

以萘为碳源, 采用MgO模板诱导耦合KOH裁剪技术制备了相互连接的多孔碳纳米囊(ICNC). 结果表明所制备的ICNC₂具有大的比表面积(1811 m²/g)、 高的压实密度(1.38 g/cm³)和微孔孔容含量(58.93%). 在对称的超级电容器(SC)中, ICNC₂电极的体积比容在不同电流密度下分别高达420.8 F/cm³(0.069 A/cm³)和315 F/cm³(27.6 A/cm³), 容量保持率为74.82%. 在38 W/L功率密度下, ICNC₂基SC的体积能量密度为14.6 W?h/L. 经过20000次循环后, 其体积比容仅衰减1.4%, 库伦效率为99.1%, 为从萘基小分子制备储能用功能碳材料提供了一种可行的方法.     

聚吡咯/硝酸活化碳气凝胶纳米复合材料的制备表征及其在超级电容器中的应用

通过化学氧化聚合法制备出不同比例的聚吡咯(PPY)/硝酸活化碳气凝胶(HCA)复合材料。采用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和扫描电子显微镜(SEM)表征材料的成分和形貌,结果表明,通过硝酸活化及与聚吡咯的复合,并未破坏碳气凝胶的多孔形貌,硝酸活化碳气凝胶及聚吡咯/硝酸活化碳气凝胶都仍然保持着原碳气凝胶的三维纳米多孔结构。采用对照实验的方法,设计并合成五组不同配比的复合材料,聚吡咯与硝酸活化碳气凝胶的质量比例分别为3:1、2:1、1:1、1:2、1:3,通过循环伏安法,恒流充放电,交流阻抗及循环性测试等考察材料的电化学性能。结果证明,当聚吡咯与硝酸活化碳气凝胶比例为1:1时,复合材料显示出最优电化学性能:比电容高达336 F·g^-1,是纯碳气凝胶(103 F·g^-1)的三倍有余,除此还显示出卓越的导电性与循环稳定性, 2000次循环后仍保持初始电容的91%,具备优良的超级电容器电极材料性能。因此聚吡咯/硝酸活化碳气凝胶复合纳米材料是超级电容器的理想电极材料。     

碳气凝胶的孔结构及其对电化学超级电容器性能的影响

通过改变碳气凝胶的溶胶-凝胶制备条件和炭化活化工艺,实现了对碳气凝胶纳米孔洞结构的控制.采用扫描电子显微镜(SEM)和氮气等温气体吸附法对碳气凝胶和KOH活化碳气凝胶的形貌和孔结构进行了表征和分析,并且使用循环伏安法(CV),恒流充放电,电化学阻抗谱(EIS)等检测技术评价了电化学性能.结果表明:发达的三维纳米网络结构与合理的孔径分布是影响碳气凝胶电化学超级电容器性能的关键因素.经适度活化后的碳气凝胶材料含有丰富的介孔,比表面积可达1480m2·g-1.在6mo·lL-1的KOH溶液中,在100mV·s-1的扫描速率下其比电容量高达216F·g-1.通过拟合发现,碳气凝胶类材料的大孔和介孔拥有更高的单位面积比电容量.     

聚苯胺/碳纳米纤维复合材料的制备及电容性能

采用原位聚合法制备了聚苯胺/碳纳米纤维(PANI/CNF)复合材料,用傅里叶变换红外(FT-IR)光谱、热重分析(TGA)、扫描电镜(SEM)和孔分布及比表面积测定仪研究了复合材料的表面官能团、组成、表面形貌及比表面积,并运用循环伏安(CV)法和计时电位法测试了PANI/CNF布作为电极材料的电化学性能.研究结果表明:PANI/CNF复合材料具有粗糙的毛刺结构,PANI沿碳纳米纤维均匀分布;PANI/CNF电极氧化还原反应的可逆性良好;在100mA·g-1电流密度下,当PANI含量为44.4%(w)时,复合材料比电容量高达587.1F·g-1,比能量为66.1Wh·kg-1,电流密度为800mA·g-1时比功率可达1014.2W·kg-1;在5A·g-1的电流密度下,1000次循环充放电后,复合材料的比电容量衰减28%.PANI/CNF复合材料具有良好的导电性和快速充放电能力,是一种优良的超级电容器电极材料.     

聚苯胺改性氮掺杂碳纳米管制备及其超级电容器性能

利用苯胺原位化学聚合合成聚苯胺包覆碳纳米管(CNTs), 再炭化处理制备氮掺杂碳纳米管(NCNTs).激光拉曼(Raman)光谱和X射线光电子谱(XPS)分析及透射电镜(TEM)观察表明, 苯胺包覆碳纳米管经炭化处理后, 得到以碳纳米管为核、氮掺杂碳层为壳, 具有核-壳结构的氮掺杂碳纳米管, 而碳纳米管本征结构未遭破坏. 研究表明, 随着苯胺用量的增大, 氮掺杂碳纳米管的氮掺杂碳层变厚, 氮含量从7.06%(质量分数)增加到8.64%, 而作为超级电容器电极材料, 随着氮掺杂碳层厚度降低, 氮掺杂碳纳米管在6 mol·L^-1氢氧化钾电解液中的比容量从107 F·g^-1增大到205 F·g^-1, 远高于原始碳纳米管10 F·g^-1的比容量, 且聚苯胺改性氮掺杂碳纳米管表现出较好的充放电循环性, 经1000次充放电循环后仍保持初始容量的92.8%~97.1%, 表明氮掺杂碳纳米管不仅通过表面氮杂原子引入大的法拉第电容和改善亲水性使电容量显著增大, 其具有的核壳结构特征也使循环稳定性增强。     

功能化石墨烯/聚苯胺复合电极材料的制备和电化学性能

利用水合肼还原十八胺（ODA）接枝的氧化石墨烯（GO）,得到了十八胺功能化石墨烯（ODA-G）,将ODAG与聚苯胺（PANI）通过溶液共混法,制备了功能化石墨烯和聚苯胺纳米复合材料（ODA-G/PANI）. 采用傅里叶变换红外（FTIR）光谱、X射线衍射（XRD）、热重分析（TGA）、拉曼（Raman）光谱及透射电镜（TEM）,对复合材料的结构和形貌进行了表征;利用循环伏安、恒流充放电及交流阻抗谱等,对复合材料的电化学性能进行了测试. 结果显示,少量ODA-G的引入为PANI 的电化学氧化还原反应提供了更多的电子通道和活性位置,有利于提高PANI 的赝电容. 在电流密度1.0 A·g^-1下,2%（w）ODA-G/PANI 的比电容达到787 F·g^-1,而相应的PANI 仅有426 F·g^-1. 此外,ODA-G/PANI的循环稳定性也远高于纯PANI.     

功能化石墨烯/聚苯胺复合电极材料的制备和电化学性能

利用水合肼还原十八胺(ODA)接枝的氧化石墨烯(GO),得到了十八胺功能化石墨烯(ODA-G),将ODAG与聚苯胺(PANI)通过溶液共混法,制备了功能化石墨烯和聚苯胺纳米复合材料(ODA-G/PANI).采用傅里叶变换红外(FTIR)光谱、X射线衍射(XRD)、热重分析(TGA)、拉曼(Raman)光谱及透射电镜(TEM),对复合材料的结构和形貌进行了表征;利用循环伏安、恒流充放电及交流阻抗谱等,对复合材料的电化学性能进行了测试.结果显示,少量ODA-G的引入为PANI的电化学氧化还原反应提供了更多的电子通道和活性位置,有利于提高PANI的赝电容.在电流密度1.0 A·g-1下,2%(w)ODA-G/PANI的比电容达到787 F·g-1,而相应的PANI仅有426 F·g-1.此外,ODA-G/PANI的循环稳定性也远高于纯PANI.     

钴酸镍纳米花/活性炭纤维复合物的制备和表征及其超级电容器性能

利用简单的水热法以及后续热处理, 将钴酸镍纳米花成功生长在活性炭纤维支架上. 场发射扫描电镜(FESEM)及透射电镜(TEM)结果表明, 纳米花是由纳米针自组装而成, 而纳米针呈多孔结构. 这种三维复合多级结构非常有利于电解质离子的渗透和电子的传输. 将该多孔钴酸镍纳米花/活性炭纤维布作为工作电极, 表现出优良的电容性能. 在1 A·g^-1时, 比电容高达1626 F·g^-1; 在10 A·g^-1时, 电容保持率为65%, 具有超高的电容值和优异的倍率特性.     

Preparation and Supercapacitive Properties of Fe2O3/Active Carbon Nanocomposites

Fe₂O₃/active carbon(Fe₂O₃/AC) nanocomposites were readily fabricated by pyrolyzing Fe³⁺ impregnated active carbon in a nitrogen atmosphere. The as-prepared composites were studied by X-ray powder diffraction(XRD), X-ray photoelectron spectroscopy(XPS) and transmission electron microscopy(TEM). The capacitive property of the composites was investigated by cyclic voltammetry(CV) and galvanostatic charge-discharge test. Physical characterizations show that the γ-Fe₂O₃ fine grains dispersed in the AC well, with a mean size of 21.24 nm. Electrochemical tests in 6 mol/L KOH solutions indicate that the as-prepared nanocomposites exhibited improved capacitive properties. The specific capacitance(SC) of Fe₂O₃/AC nanocomposites was up to 188.4 F/g that was derived from both electrochemical double-layer capacitance and pseudo-capacitance, which was 78% larger than that of pristine AC. A symmetric capacitor with Fe₂O₃/AC nanocomposites as electrode showed an excellent cycling stability. The SC was only reduced by a factor of 9.2% after 2000 cycles at a current density of 1 A/g.